Geri Dön

Design, fabrication, and characterization of micro thermal actuators

Mikro termal eyleyicilerin tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu

  1. Tez No: 649079
  2. Yazar: BUĞRAHAN GÜLCÜLER
  3. Danışmanlar: DOÇ. KIVANÇ AZGIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 133

Özet

Bu tez uzayabilen kas hücrelerini karakterize etmek için tasarlanan bir termal eyleyici bazlı servo sisteminde kullanılacak olan V-Tipi termal eyleyicileri ve çift sonlu diyapazon kuvvet sensörlerinin tasarımın, üretimini ve karakterizasyonunu sunmaktadur. Eyleyiciler, aynı uzama değerlerini korurken, ürettikleri kuvveti artırmak için seri olarak paketlenmiştir. Hem sıkışma hem de gerilme durumlarında test denekleri üzerinde bir kuvvet oluşturmak için uçlarında yaylarla genel sisteme bağlanmışlardır. Eyleyicilerden üretilen yüksek sıcaklık değerlerinin etkisini azaltmak için eyleyicilerin hemen ucuna soğutma parmakları eklenmiştir. Denekleri yerleştirmek ve test etmek için eyleyici sistemi üzerinde iki büyük plaka konumlandırılmıştır. Eyleyici sisteminin bir tarafı eyleyici serisine diğer tarafı ise kuvvet algılama mekanizmasından oluşmaktadır. Eyleyici sisteminin bu iki tarafı arasındaki tek bağlantı ise denek veya denekler olacaktır. Hücre bağlanma mekanizması ve biyoloji ile ilgili diğer araştırmalar bu tezin ilgi odağında değildir, sadece mekanik tasarımı çalışılmıştır. Sensörün diğer tarafında kuvvet algılama mekanizması olarak Çift Sonlu Diyapazon rezonant sensörü, DETF'den oluşur. DETF'in modellenmesi, tasarımı ve karakterizasyonu kapsamlı bir şekilde incelenmektedir. Sensör üretiminden sonra eyleyicilerin karakterizasyon testleri gerçekleştirilmiştir. Eyleyiciler için matematiksel model ve COMSOL analizinin test sonuçlarının birbiriyle tuttuğu görülmüştür. 8V gerilim değerleri için maksimum ~ 700 K sıcaklıkta ve ortalama ~ 560 K sıcaklıkta 8-9 μm sapma değerleri elde edilmiştir. Benzer şekilde, fabrikasyondan sonra DETF yapıları hem vakum hem de hava koşullarında DETF performansını görmek için test edilmiştir. DETF'in 70 kHz civarında iki moda, 69 kHz'de eş fazlı mod ve 72 kHz'de faz dışı moda sahip olduğu gözlemlenmiştir. DETF'e uygulanan DC gerilimin yalnızca büyüklüğü etkilediği ve DETF'nin doğal frekansını etkilemediği de gösterilmiştir. Ayrıca hem vakum hem de hava koşulları için kalite faktörü 23316 ve 182 olarak elde edilmiştir. Eş faz mod ile faz dışı mod bağlantılardaki sertliklerden dolayı 3kHz farka sahiptir. Bu durum matematiksel model ve COMSOL analizi ile de doğrulanmıştır. Her sensördeki her iki plaka da üretim sırasında kırıldığı için DETF'nin hassasiyetini bulmaya yönelik testler yapılamamıştır. Kuvvet duyarlılığı için sadece matematiksel model ve COMSOL sonuçları incelenmiştir.

Özet (Çeviri)

This thesis presents the design, fabrication, and characterization of V-Type thermal actuators, which will be used in an actuator system that is planned to be a tensile and compressive test setup to characterize the expandible cells by the help of double-ended tuning fork resonators as a force sensing mechanism. Actuators are serially packed to increase the generated force by them while maintaining the same deflection values. They have been connected to the overall system by springs to create a force on test subjects in both compressive and tensile states. In order to cut the effect of high-temperature values generated from the actuators, cooling fingers have been added just after the actuators. Two large plates are designed on the actuator system to put the test subjects. While one side of the actuator system consists of actuators packs and one of the plates, the other side consists of the other plate and the force-sensing mechanism. Between these two sides of the actuator system, the only connection will be test subjects. The cell attachment mechanism and other biology-related research are not the focus of the interest of this thesis. On the other side of the sensor, the force sensing mechanism consists of Double Ended Tuning Forks, DETF, as a resonant sensor. Modeling, design, and characterization of the DETF are discussed extensively. After the fabrication, characterization tests of the actuators takes place. It has been seen that the mathematical model and COMSOL analysis for the actuators hold the test results. For 8V of voltage values, 8-9 μm deflection values have been obtained in a maximum temperature of ~700 K and an average temperature of ~560 K. Similarly; fabricated DETF structures have been tested to see the performance of DETF under both vacuum and air conditions. It has been observed that DETF has two modes around 70 kHz, the in-phase mode in 69 kHz and out-of-phase mode in 72 kHz. It has also been shown that proof mass voltage only affects the amplitude and not affects the natural frequency of the DETF. Also, the quality factor for both vacuum and air conditions are obtained as 23316 and 182. The in-phase mode and the out-of-phase mode have a 3kHz difference because of the stiffnesses on the connections. It has also been verified by the mathematical model and COMSOL analysis. The tests to find the sensibility of the DETF could not be done since both plates on every sensor broke down. Only mathematical model and COMSOL results for the force sensibility has been studied.

Benzer Tezler

  1. Design, fabrication and characterization of a thermo-mechanical infrared detector array with integrated optical readout

    Optik okuma ile tümleştirilmiş termo-mekanik kızılötesi algılayıcı dizinlerinin tasarım, üretim ve karakterizasyonu

    REFİK BURAK ERARSLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. HAKAN ÜREY

  2. Temperature detection using micro plate vibrations

    Mikro plaka titreşimlerini kullanarak sıcaklık tespiti

    SEDAT PALA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN

  3. Design, fabrication and characterization of a MOEMS based thermal imaging system

    MOEMS tabanlı termal görüntüleme sistemi tasarımı, üretimi ve testi

    ONUR FERHANOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN ÜREY

  4. Design considerations, modeling and characterization of GaN HEMTs and design of high frequency and high power MMIC amplifiers

    GaN HEMT yapılarının tasarımı, modellenmesi ve ölçümleri, ve yüksek hızlı ve yüksek güçlü MMIC yükselteçlerin tasarımı

    ÖMER CENGİZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN PALAMUTÇUOĞULLARI

  5. Design and fabrication of electrostatically actuated nanotweezers by guided self-assembly

    Elektrostatik hareket prensibi ile çalışan nano cımbızların tasarımı ve yönlendirilmiş kendinden birleşme metodu ile üretimi

    ÖZLEM ŞARDAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. ERDEM ALACA